A energia de reação, também conhecida como entalpia de reação, refere-se à mudança de energia que ocorre durante uma reação química ou física.
Toda reação química envolve a quebra de ligações químicas nos reagentes e a formação de novas ligações nos produtos. Essas mudanças nas ligações são acompanhadas por uma mudança na energia.
A energia da reação pode ser liberada (exotérmica) ou absorvida (endotérmica) durante a reação.
Energia em reações exotérmicas
Numa reação exotérmica, a energia dos produtos é menor que a dos reagentes. Isso significa que a reação libera energia na forma de calor.
Exemplo
Um exemplo comum de reação exotérmica é a combustão. Quando queimamos um pedaço de madeira, por exemplo, a energia liberada na forma de calor faz com que a madeira queime e produza dióxido de carbono e água como produtos.
Energia em reações endotérmicas
Por outro lado, as reações endotérmicas absorvem energia do ambiente e, portanto, a energia dos produtos é maior que a dos reagentes.
Exemplo
Um exemplo de reação endotérmica é a fotossíntese nas plantas. Durante a fotossíntese, as plantas absorvem energia da luz solar para converter dióxido de carbono e água em glicose e oxigênio.
Exemplos e aplicações de energia de reação
A energia de reação tem um impacto significativo em nossas vidas diárias e em muitas indústrias. Alguns exemplos notáveis incluem:
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Geração de energia: A maioria das usinas de energia do mundo utiliza reações exotérmicas, como a combustão de combustíveis fósseis ou a fissão nuclear, para gerar eletricidade.
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Indústria química: A síntese química, a produção de materiais e a fabricação farmacêutica dependem fortemente de reações químicas que liberam ou absorvem energia.
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Transporte: Os motores de combustão interna em automóveis e aviões operam através de reações exotérmicas para impulsionar veículos e aeronaves.
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Cozinhar e comer: Cozinhar alimentos, como assar carne ou assar pão, envolve reações exotérmicas que melhoram o sabor e a textura dos alimentos.
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Refrigeração e ar condicionado: Os sistemas de ar condicionado e bombas de calor utilizam reações endotérmicas para resfriar ou aquecer espaços.
Importância da energia de reação
A importância da energia de reação na física e na química é significativa e fundamental em ambos os campos.
As razões de sua relevância em ambas as disciplinas são descritas a seguir:
Importância em química
Termodinâmica química
As reações químicas são estudadas em termos de entalpia de reação, que é a quantidade de energia transferida durante uma reação.
Isso nos permite entender se uma reação é exotérmica (libera calor) ou endotérmica (absorve calor), o que tem implicações fundamentais para o projeto de processos químicos e otimização de reações.
Projeto de processo e síntese de compostos
Na indústria química, a otimização de processos, a síntese de compostos e a segurança do manuseio de produtos químicos dependem em grande parte da compreensão da energia da reação.
Isto afeta a eficiência da produção, a seleção dos reagentes e as condições de reação.
Estabilidade molecular e transformações
A estabilidade das moléculas e dos compostos químicos, bem como as transformações moleculares, estão relacionadas com a energia da reação.
As informações sobre a energia da reação nos permitem prever se uma molécula é estável ou se pode sofrer transformações químicas.
Importância na física
Termodinâmica
A energia de reação é essencial para a compreensão de conceitos como a primeira e a segunda leis da termodinâmica, bem como o trabalho, o calor e a energia interna dos sistemas físicos.
Energia nuclear
Na física nuclear e na energia nuclear, a energia de reação é fundamental para a compreensão da fissão e fusão nuclear. Esses processos em que os átomos se dividem e se fundem são cruciais na geração de energia em usinas nucleares e na compreensão dos processos estelares no universo.
Dinâmica de partículas e colisões
Na física de partículas e na mecânica clássica, a energia de reação é usada para calcular as energias cinética e potencial das partículas antes e depois de colisões e reações.
O comportamento das partículas subatômicas e macroscópicas depende desse tipo de energia.
Efeitos terrestres e atmosféricos
A energia de reação também é relevante na física da atmosfera e nos processos geofísicos, pois ajuda a explicar fenômenos como a liberação de energia em terremotos ou a formação de tempestades.
Energia de reação na fissão nuclear
A fissão nuclear é o processo no qual um núcleo atômico se divide em dois ou mais núcleos menores, liberando uma quantidade significativa de energia no processo.
Essa energia liberada provém da conversão de uma pequena parte da massa dos núcleos envolvidos em energia, segundo a famosa equação de Albert Einstein, E=mc 2 .
Quando um núcleo pesado, como o urânio-235 ou o plutônio-239, sofre uma reação de fissão, ele é bombardeado com nêutrons que fazem com que o núcleo se quebre em fragmentos mais leves, geralmente núcleos de bário, criptônio e outros.
A energia de reação na fissão nuclear refere-se à diferença entre a energia total dos produtos de fissão e a energia total dos reagentes, que incluem o núcleo original e os nêutrons incidentes. Essa diferença de energia, que equivale à perda de massa no processo, é liberada principalmente na forma de energia cinética dos fragmentos de fissão e dos nêutrons ejetados, bem como na forma de radiação gama.
Usinas nucleares e bombas atômicas
Esta libertação de energia numa reacção de fissão nuclear é o que a torna valiosa para a geração de energia em reactores nucleares, uma vez que pode ser utilizada para produzir calor e gerar electricidade através de processos de aquecimento de água e produção de vapor.
Além disso, a fissão nuclear também tem aplicações na fabricação de armas nucleares, como a bomba atômica.
Relação com energia de ativação
A energia de reação e a energia de ativação estão intrinsecamente relacionadas no contexto das reações químicas.
A energia de reação refere-se à mudança líquida na energia que ocorre durante uma reação química, ou seja, a diferença entre a energia dos produtos e a energia dos reagentes. Por outro lado, a energia de ativação é a energia mínima necessária para que a reação química ocorra.
Em essência, a energia de ativação representa a barreira energética que os reagentes devem superar para se tornarem produtos. Para que uma reação ocorra, os reagentes devem primeiro adquirir energia cinética suficiente para superar esta barreira, permitindo-lhes atingir um estado de transição em que as ligações químicas são quebradas e novas ligações são formadas.
Uma vez excedida a energia de ativação, a reação prossegue e libera ou absorve energia, que é refletida na energia da reação.
